báo cáo môn học chuyên đề an toàn và ổn định ô tô đề tài tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống chống bó cứng phanh xe anti lock braking system

ABS là hệ thống phanh điều khiển điện tử có tính năng ngăn ngừa hãm cứng bánh xe trong những tình huống khẩn cấp cần giảm tốc.. 1.3 Chức năng, vai trò của hệ thống ABS Chức năng của hệ t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

_

BÁO CÁO MÔN HỌC

CHUYÊN ĐỀ AN TOÀN VÀ ỔN ĐỊNH Ô TÔ

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH XE

(ANTI – LOCK BRAKING SYSTEM)

Thành phố Hồ Chí Minh 04/2024 GVHD: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN

2 NGUYỄN HỮU VĨNH THIỆN 20145725

MỤC LỤC

PHẦN 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ABS 1

1.1 Khái niệm 1

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 1

1.3 Chức năng, vai trò của hệ thống ABS 2

PHẦN 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG ABS 3

2.1 Cấu tạo chung: 3

2.2 Sơ đồ khối 6

2.3 Nguyên lý hoạt động 7

PHẦN 3: NGUYÊN LÍ ĐIỀU KHIỂN 11

3.1 Vấn đề điều khiển quá trình phanh ô tô 11

3.2 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh 12

PHẦN 4: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 14

PHẦN 5: LƯU Ý VẬN HÀNH VÀ SỬA CHỮA 16

PHẦN 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ABS 1.1 Khái niệm

Hệ thống phanh chống bó cứng phanh xe (ABS - Anti – Lock Braking System) là hệ thống an toàn trên xe ô tô ABS là hệ thống phanh điều khiển điện tử có tính năng ngăn ngừa hãm cứng bánh xe trong những tình huống khẩn cấp cần giảm tốc Điều này sẽ tránh được hiện tượng văng trượt đồng thời giúp người lái kiểm soát hướng lái dễ dàng hơn Đảm bảo ổn định cho thân xe ô tô

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Vào thời kỳ đầu, ABS chỉ có trên các máy bay thương mại Thời điểm chính xác mà hệ thống này được sử dụng là vào năm 1949 và kết cấu của ABS lúc này còn khá cồng kềnh cũng như chưa đạt được sự nhanh nhạy Cho đến tận năm 1969 khi kỹ thuật điện tử phát triển, người ta sáng tạo ra các vi mạch microchip) cũng là lúc hệ thống phanh ABS được ứng dụng trên ô tô Từ thập niên 70 của thế kỷ 20, nhiều hãng xe đã nghiên cứu và ứng dụng ABS vào sản phẩm của mình Hãng sản xuất ô tô của Nhật Toyota bắt đầu sử dụng ABS trên các dòng xe của mình từ năm 1971 nhưng cho đến những năm 1980s thì hệ thống này mới được hoàn thiện Tại Đức, sau khi Mercedes Benz và Bosch công bố kết quả nghiên cứu chung lần đầu vào tháng 8/1978, ABS chính thức được trang bị cho mẫu sedan Mercedes-Benz S-Class thế hệ W116 vài tháng sau đó Vào năm 1981, hệ thống chống bó cứng phanh ABS đã có mặt trên tất cả các dòng xe thương mại của hãng xe này Tới thập niên 90, ABS đã trở thành trang bị tiêu chuẩn không thể thiếu khi đề cập đến các tính năng an toàn trên mỗi chiếc xe Mercedes Ngày nay, hệ thống chống bó cứng phanh ABS là tiêu chuẩn bắt buộc đối với các dòng xe du lịch và xe hoạt động tại những vùng có băng tuyết dễ trơn trượt Thực tế là hầu hết các dòng xe ô tô hiện nay đã đều được trang bị tính năng an toàn này

1.3 Chức năng, vai trò của hệ thống ABS

Chức năng của hệ thống ABS là đảm bảo cho bánh xe không bị bó cứng trong quá trình phanh để giúp xe giữ được lực bám biên, không bị văng, trượt, nhờ đó mà đảm bảo được sự hoạt động ổn định của bộ phận điều hướng, giúp tài xế vừa có thể thực hiện thao tác phanh đồng thời vừa có thể điều khiển xe để vòng tránh chướng ngại vật (chứ không phải chức năng của hệ thống ABS là làm giảm quãng đường phanh như một số người vẫn lầm tưởng, thậm chí trong một số trường hợp, hệ thống ABS còn làm cho quãng đường phanh tăng lên để đảm bảo an toàn trong quá trình phanh)

- Thông qua việc sử dụng hệ thống cảm biến và điều khiển điện tử, ABS cho phép 11 điều khiển khả năng phanh, vì vậy nó có thể tránh được tình trạng khóa bánh xe trong 3 trường hợp sau:

+ Trường hợp 1: Khi phanh đột ngột trên đường khô hoặc phanh bình thường trên đường ướt Trong tình huống này, nếu không có hệ thống chống bó cứng phanh ABS thì việc sử dụng lực phanh quá mạnh (phanh ăn) sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc chuyển hướng bình thường của bánh xe

+ Trường hợp 2: Khi bị khóa bánh trước làm cho hệ thống chuyển hướng không thể điều khiển tình trạng của xe;

+ Trường hợp 3: Khi bánh sau bị khóa làm cho xe rơi vào trạng thái tự xoay

- Hệ thống chống bó cứng phanh ABS thông qua việc duy trì điều khiển 4 chức năng quan trọng dưới đây để thực hiện nhiệm vụ chống khóa bánh xe:

+ Thông qua thao tác vô lăng để đảm bảo tính năng theo dõi chính xác tình trạng của xe nói chung và tình trạng của các bánh xe nói riêng; + Thông qua

+ Thông qua việc ngăn chặn tình trạng tự xoay để đảm bảo tính ổn định của xe;

+ Giảm thiểu khoảng cách dừng xe (đối với một số loại mặt đường, hệ thống ABS sẽ làm kéo dài khoảng cách dừng xe để tránh tình trạng xe bị khóa bánh)

PHẦN 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG ABS 2.1 Cấu tạo chung:

Hình 1 Các bộ phận của hệ thống ABS trên xe

Hệ thống ABS có các bộ phận sau:

a ECU điều khiển : Xác định mức độ trượt giữa bánh xe và mặt đường dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển bộ chấp hành phanh

Hình 2 Tín hiệu các cảm biến

- Khoảng A: ECU điều khiển trượt đặt các van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức giảm tốc của các bánh xe, như vậy sẽ giảm áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe Sau khi áp suất hạ xuống, ECU chuyển các van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi sự thay đổi tốc độ của bánh xe

- Khoảng B: Khi áp suất thuỷ lực bên trong xilanh của bánh xe giảm (khoảng A), áp suất thuỷ lực tác động vào bánh xe này giảm xuống Điều này làm cho bánh xe sắp bị khoá chặt sẽ tăng tốc độ Lúc này lực phanh tác động vào bánh xe này quá thấp Để tránh điều này, ECU đặt các van điện từ lần lượt

vào chế độ tăng áp suất và chế độ "giữ" để bánh xe sắp bị khoá sẽ hồi phục tốc độ

- Khoảng C: Khi áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe được ECU tăng lên dần dần (khoảng B), bánh xe lại có xu hướng bị khoá Do đó, ECU lại chuyển các van điện từ về chế độ "giảm áp suất” để giảm áp suất bên trong xilanh của bánh xe này

- Khoảng D: Vì áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe này lại giảm (khoảng C), ECU lại bắt đầu tăng áp suất như trong khoảng B

b Bộ chấp hành phanh: Điều khiển áp suất thủy lực của các xylanh ở các bánh xe bằng tín hiệu từ ECU

Hình 3 Cấu tạo bộ chấp hành phanh

c Cảm biến tốc độ: Phát hiện tốc độ của từng bánh xe và truyền về ECU điều khiển

2.3 Nguyên lý hoạt động

2.3.1 Khi phanh bình thường

Hình 5 Nguyên lí hoạt động của ABS ở chế độ phanh bình thường

- Khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU không được đưa vào Vì vậy các van điện từ giữ và giảm, cửa (a) ở bên van giữ mở và cửa (b) phía van giảm đóng

- Khi đạp bàn đạp phanh, dàu từ xylanh chính chảy qua cửa (a) ở van giữ và truyền trực tiếp tới xylanh bánh xe

2.3.2 Khi phanh khẩn cấp a Chế độ giảm áp suất

Hình 6 Nguyên lí hoạt động của ABS ở chế độ phanh giảm áp suất

- Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển đóng mạch các van điện từ giữ và giảm bằng cách đóng cửa (a) ở van giữ và mở cửa (b) ở van giảm Lúc đó cửa (e) đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa Bơm tiếp tục bơm khi ABS đang hoạt động, vì vậy dầu phanh chảy vào bình chứa được bơm hút về xylanh chính

b Chế độ giữ áp suất

Hình 7 Nguyên lí hoạt động của ABS ở chế độ giữ áp suất

- Tín hiệu từ ECU điều khiển đóng mạch van điện từ giữ và ngắt van điện từ giảm bằng cách đóng cửa (a) và (b) Điều này ngắt áp suất thủy lực ở cả 2 phía xylanh chính và bình chứa để giữ áp suất thủy lực của xylanh ở bánh xe không đổi

c Chế độ tăng áp suất

Hình 8 Nguyên lí hoạt động của ABS ở chế độ tăng áp suất

- ECU điều khiển ngắt các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở cửa (a) ở phía van giữ và đóng cửa (b) ở phía van giảm giống như như trong khi phanh bình thường Điều này làm cho áp suất thủy lực từ xylanh chính tác động vào xylanh bánh xe làm cho áp suất xylanh bánh xe tăng lên

PHẦN 3: NGUYÊN LÍ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Vấn đề điều khiển quá trình phanh ô tô

Trong quá trình phanh, bánh xe lăn, bám, trượt trên mặt đường và tiếp

hai thành phần là hệ số bám dọc x và hệ thống bám ngang y Quan hệ giữa

 và y theo độ trượt mô tả trên Hình 9 Trong vùng a (vùng ổn định), hệ

được giá trị lớn nhất, trong vùng này hệ số bám ngang y cũng có giá trị cao

Trong vùng b, hệ số bám dọc x giảm khi độ trượt tiếp tục tăng và hệ số bám

số bám ngang y có giá trị rất nhỏ Do đó, hệ thống ABS được nghiên cứu,

thiết kế nhằm duy trì độ trượt của bánh xe nằm trong vùng có độ trượt tối ưu 0



Hình 9 Sơ đồ mối quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt

3.2 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

Chức năng chính của hệ thống ABS là giữ cho bánh xe không bị trượt trong quá trình phanh, giúp đảm bảo tính ổn định hướng và hiệu quả phanh Kết quả này đạt được khi duy trì độ trượt của bánh xe trong vùng có hệ thống bám dọc cao Mục tiêu này đạt được nhờ sự điều chỉnh áp suất dầu dẫn động ra cơ cấu phanh bánh xe

3.2.1 Chu trình điều khiển ABS

Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo chu trình kín Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS như Hình 10

Hình 10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS

3.2.2 Quá trình điều khiển trong hệ thống ABS

Bộ ECU-ABS nhận tín hiệu từ các cảm biến đo vận tốc góc đặt ở các bánh xe, xử lý và quyết định các chế độ điều khiển nhờ việc so sánh gia tốc góc bánh xe với các giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe Quá trình biến đổi trên Hình 11 như sau:

Khi người lái đạp phanh, áp suát dầu (p) trong hệ thống tăng lên, làm mô men phanh (Mb) tại các bánh xe tăng, đến thời điểm hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại (Điểm 3 trên trên đường cong x = f( )

Hình 2.8a), độ trượt bánh xe đạt giá trị trượt tối ưu (0 ) thì  bánh xe tăng đột

ngột, do giá trị của x bắt đầu giảm và

M −M có giá trị càng lớn, bánh xe có xu hướng bị hãm cứng Giai đoạn này ứng với đoạn 0-1 đường cong Mb = f( ) ,

( )

pha tăng áp

xe với giá trị ngưỡng gia tốc góc chậm dần

M và các giá trị của  giảm đột ngột

Giai đoạn này ứng với đoạn 1-2 đường cong Mb = f( ) , đường cong

( )

giữ áp 2 Hình 2.8c, ECU ra tín hiệu điều khiển bộ chấp hành thực hiện quá

Hình 11 Sơ đồ quá trình biến đổi các tín hiệu

trình giữ áp suất trong hệ thống không thay đối Mb trong thời gian này được

của ô tô, như vậy x tăng đạt giá trị cực đại Giai đoạn này ứng với đoạn 2-3

đường cong Mb = f( ) , x = f( ) Hình 2.8a và Hình 2.8b, c gọi là pha giữ áp Khi  bánh xe đạt giá trị cực đại 3, ứng với thời điểm xmax ECU ra

tín hiệu điều khiển bộ chấp hành thực hiện quá trình tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy, sau điểm 3 lại bắt đầu pha tăng áp của chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thống ABS Từ lập luận trên thấy rằng hệ thống phanh ABS điều khiễn

M và x thay đổi theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 (Hình 2.8a), bánh xe làm

việc ở vùng có x và y có giá trị cao Giá trị  bánh xe tại điểm (1) được

gọi là giá trị ngưỡng giảm áp 1, tại điêm (2) gọi là giá trị ngưỡng giữ áp 2

và tại điểm (3) là giá trị ngưỡng tăng áp 3 làm cơ sở để nghiên cứu, thiết kế chế tạo ECU-ABS

PHẦN 4: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN

ở chế độ phanh bình thường, áp suất dầu trong hệ thống dẫn động luôn ở trạng thái tăng áp cho đến thời điểm kết thúc quá trình phanh

các bánh xe Khi   1, ECU điều khiển van điện từ bộ chấp hành thực hiện

tăng áp suất trong hệ thống làm  giảm Nếu ỏ giảm đến ở, khi   , ECU

ra tín hiệu bộ chấp hành thực hiện chế độ giảm áp và bơm dầu làm việc (bơm ON), làm áp suất dầu trong hệ thống giảm xuống,  tăng lên đến 2, khi

suất dầu trong hệ thống không đổi  tiếp tục tăng đến 3, khi   3, ECU

ra tín hiệu bộ chấp hành thực hiện chế độ tăng áp, làm áp suất dầu trong hệ thống tăng lên,  giảm xuống Nếu  giảm đến 1 , khi   1 ECU ra tín

hiệu bộ chấp hành thực hiện chế độ giảm áp (Bắt đầu chu kỳ tiếp theo) Giá trị các ngưỡng điều khiển (1,2,3) được xác định sơ bộ từ mô phỏng trong thực tế

Hình 12 Thuật toán điều khiển

PHẦN 5: LƯU Ý VẬN HÀNH VÀ SỬA CHỮA 5.1 Lưu ý khi vận hành

Kiểm soát tốc độ và giữ khoảng cách an toàn

Mặc dù phanh ABS có cảm biến rất nhạy và chính xác Tuy nhiên khi đến các khúc ngoặt, lực quán tính sẽ ít nhiều làm xe có xu hướng bị văng ra ngoài Vì vậy, cần giữ tốc độ hợp lý khi di chuyển vào các cung đường có những khúc ngoặt và không tăng tốc khi vào cua

Phanh ABS là hệ thống tích hợp sẵn trên xe Kích hoạt khi người lái đạp phanh nên rất tiện lợi Tuy nhiên, vẫn có một số lưu ý quan trọng cần lưu ý khi sử dụng hệ thống phanh ABS

Xe có đèn báo phanh ABS Thông thường, đèn này sẽ tắt khi xe bắt đầu di chuyển Tuy nhiên, nếu đèn vẫn nhấp nháy ngay cả sau khi lái xe một lúc Điều đó có nghĩa là hệ thống phanh ABS có vấn đề

Việc vô hiệu hóa hệ thống ABS không khiến xe không thể vận hành Vì nó vẫn có hệ thống phanh tiêu chuẩn Tuy nhiên, người lái xe nên nhanh chóng kiểm tra Và khắc phục hệ thống phanh ABS để phục hồi chức năng hoàn chỉnh

Hệ thống phanh ABS không cải thiện lực phanh cũng như tốc độ của xe Hệ thống phanh thông thường trong xe thực sự hiệu quả hơn và cho phép dừng mạnh hơn và nhanh hơn Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Khi ô tô đang di chuyển với tốc độ 90km/h cần dừng đột ngột Phanh ABS mất tới 4 giây, trong khi phanh thông thường chỉ cần 2, thậm chí chỉ 1 giây

Kiểm soát tốc độ và giữ khoảng cách an toàn

Mặc dù phanh ABS có cảm biến rất nhạy và chính xác Tuy nhiên khi đến các khúc ngoặt, lực quán tính sẽ ít nhiều làm xe có xu hướng bị văng ra

những khúc ngoặt và không tăng tốc khi vào cua.\Phanh ABS là hệ thống tích hợp sẵn trên xe Kích hoạt khi người lái đạp phanh nên rất tiện lợi Tuy nhiên, vẫn có một số lưu ý quan trọng cần lưu ý khi sử dụng hệ thống phanh ABS

5.2 Lưu ý khi sửa chửa

Hệ thống phanh ABS rất quan trọng với xe để đảm bảo an toàn Vì vậy luôn cần dành một sự quan tâm, chăm sóc và bảo trì Đặc biệt cần lưu ý là cảm biến tốc độ và vòng răng từ Bởi vì đây là bộ phận khởi nguồn đảm bảo hệ thống phanh ABS vận hành chính xác, hiệu quả

Tuy nhiên nó lại được lắp ngay hốc bánh nên rất dễ bị bẩn, bám bụi đất, sình lầy trong quá trình sử dụng Những vết bẩn này sẽ làm tín hiệu từ cảm biến bị sai lệch Dẫn đến toàn bộ hệ thống phanh ABS vận hành bị sai sót, thiếu chính xác

Tính chất quan trọng nhưng lại dễ bị nhiểm bẩn Nên cảm biến tốc độ của phanh ABS phải thường xuyên được kiểm tra, vệ sinh Đây thậm chí còn là một hạng mục kiểm tra định kỳ của các hãng xe để đảm bảo an toàn cho khách hàng

5.3 Các bước vệ sinh:

Bước 1: Tháo bánh xe và xác định vị trí cảm biến

Bước 2: Tháo và vệ sinh cảm biến nhẹ nhàng bằng khăn khô và sạch Bước 3: Tiến hành vệ sinh vòng răng từ bằng phụ gia vệ sinh

Bước 4: Lắp lại cảm biến

TÀI LIỆU THAM KHẢO

-vi-20 1 img-txIN -#

[1]http://luanan.nlv.gov.vn/luanan?a=d&d=TTcFlGyNtcRm2012.1.4&e= cach-su-dung.aspx

[2]https://otohathanh.com/phanh-abs-o-to-la-gi-cau-tao-chuc-nang-va-[3]https://lopxehaitrieu.vn/he-thong-phanh-abs-va-nhung-dieu-can-biet/ [4]https://www.toyota.com.vn/tin-tuc/thong-tin-bo-tro/phanh-abs-la-gi-35767

nguyen-ly-hoat-dong/

[5]https://www.carmudi.vn/blog-xe-hoi/he-thong-phanh-abs-cau-tao-va-[6]https://oto.edu.vn/he-thong-phanh-abs/ [7]Tài liệu đào tạo Toyota